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ESTUDIO COMPARATIVO DE DOS MTODOS DE EXTRACCIN PARA EL ACEITE ESENCIAL PRESENTE EN LA CSCARA DE
POMELO (Citrus maxima)
Escarleth del Carmen Contreras Puentes
Juan Diego Ruiz Prez
Trabajo de grado para optar el ttulo de Ingeniero Qumico
Jos ngel Colina Mrquez, Ph.D. Ing. Luis Monroy Rodrguez
Universidad de Cartagena Facultad de Ingeniera
Programa de Ingeniera Qumica Cartagena de Indias D.T. y C.
2012
Nota de aceptacin: _______________________________ _______________________________ _______________________________ _______________________________ _______________________________ _______________________________ _______________________________
Firma del presidente del jurado _______________________________
Firma del jurado _______________________________
Firma del jurado
Le dedico este proyecto a Dios principalmente, a l le debemos todo.
A mi Padre por su confianza, nunca dej de creer en m, en los momentos que
ms lo necesitaba.
A mi Madre por su cario y su plena atencin, indispensable para lograr esta meta.
A mis hermanos por su permanente acompaamiento en este proceso.
A mi compaera de tesis, sin sus consejos, apoyo y ganas no alcanzaramos este
gran logro.
A mi querida y amada Universidad de Cartagena, formadora de grandes
profesionales, a su excelente cuerpo acadmico y directivo, por todos los
conocimientos y ayuda brindados.
Al profesor Jos Colina y al profesor Luis Monroy por sus valiosos conocimientos.
A mis Amigos por los buenos momentos vividos, especialmente a Astrid Medina,
Rafael Pjaro, Jorge Herrera, Rafael Martinez, Orlando Martinez, Kelly Martinez y
Rocio Alvarez.
Juan Diego Ruiz Prez
A Dios que sin l no tendramos la oportunidad de alcanzar este gran logro de ser
profesionales.
A mis padres por su incansable espritu de lucha, por ensearme a enfrentar los
retos con la conviccin de vencer y la seguridad de triunfar, por ser mi impulso
incondicional y darme las bases para construir mi futuro.
A mis familiares y amigos por estar presentes en todas las etapas de mi vida y por
estar dispuestos a ayudarme en todo momento.
Escarleth del Carmen Contreras Puentes
AGRADECIMIENTOS
A nuestros tutores, por todas sus asesoras y por todos los conocimientos
compartidos, as mismo por ayudarnos a crecer como profesionales y
personas integrales.
Al personal del laboratorio de Ingeniera de Alimentos, de Ingeniera
Qumica y de Fsica de la universidad de Cartagena sede Piedra Bolvar por
su ayuda oportuna.
Al personal del Grupo de Productos Naturales y el Grupo de Aguas,
Qumica Aplicada y Ambiental de la Universidad de Crdoba de la ciudad de
Montera, por su colaboracin y la buena atencin prestada.
A todas aquellas personas que oportunamente colaboraron en el desarrollo
del proceso de nuestro trabajo de grado.
CONTENIDO
Pg.
INTRODUCCIN ............................................................................................................. 15
1. OBJETIVO ............................................................................................................ 19
1.1 OBJETIVO GENERAL .......................................................................................... 19
1.2 OBJETIVOS ESPECFICOS ................................................................................ 19
2. MARCO DE REFERENCIA ................................................................................... 20
2.1 ESTADO DEL ARTE ............................................................................................ 20
2.2 MARCO TERICO ............................................................................................... 24
2.2.1 Descripciones generales de los aceites esenciales ............................................. 24
2.2.2 Procedencia de los aceites esenciales...24
2.2.3 Clasificacin de los aceites esenciales ................................................................. 25
2.2.4 Materia prima seleccionada. ................................................................................. 26
2.2.5 Procesos de obtencin. ........................................................................................ 34
2.2.6 Productos.. ........................................................................................................... 38
2.2.7 Subproductos. ...................................................................................................... 39
2.2.8 Usos y aplicaciones.. ............................................................................................ 39
2.2.9 Multicolinealidad.. ................................................................................................. 39
2.2.10 Linealidad.. ........................................................................................................... 39
3. METODOLOGA ................................................................................................... 40
3.1 TIPO DE INVESTIGACIN .................................................................................. 40
3.2 TECNICAS DE RECOLECIN DE INFORMACION ............................................. 42
3.2.1 Fuentes de informacin primaria.. ........................................................................ 42
3.2.2 Fuentes de informacin secundaria. ..................................................................... 42
3.3 POBLACION Y MUESTRA ................................................................................... 43
3.3.1 Poblacin.. ........................................................................................................... 43
3.3.2 Muestra. ............................................................................................................... 43
3.4 VARIABLES ......................................................................................................... 43
3.5 DISEO DE EXPERIMENTO ............................................................................... 46
3.6 OBTENCIN DEL EXTRACTO DE POMELO MEDIANTE UN MTODO CONVENCIONAL (SOXHLET) ........................................................................................ 47
3.6.1 Preparacin de la materia prima.. ......................................................................... 47
3.6.2 Preparacin del solvente.. .................................................................................... 48
3.6.3 Materiales para el montaje de Soxhlet. (Ver anexo A) .......................................... 48
3.6.4 Montaje. ............................................................................................................... 49
3.6.5 Procedimiento para la extraccin del aceite esencial de pomelo. ......................... 49
3.6.6 Recuperacin de disolvente (Hexano). ................................................................. 50
3.7 OBTENCIN DEL ACEITE ESENCIAL DE LA CSCARA DE POMELO MEDIANTE LOS MTODOS PROPUESTOS (DESTILACIN POR ARRASTRE CON VAPOR E HIDRODESTILACIN).................................................................................... 51
3.7.1 Seleccin del equipo. ........................................................................................... 52
3.7.2 Preparacin de la materia prima. .......................................................................... 52
3.7.3 Extraccin del aceite esencial mediante destilacin por arrastre de vapor ......... 54
3.7.4 Extraccin del aceite esencial mediante hidrodestilacin...................................... 58
3.7.5 Determinacin del rendimiento de la extraccin. .................................................. 61
3.7.6 Optimizacin del rendimiento del aceite esencial de la cscara de pomelo (Citrus maxima) ........................................................................................................................... 61
4. RESULTADOS Y ANLISIS ................................................................................ 62
4.1 OBTENCIN DEL EXTRACTO DE LA CSCARA DE POMELO, MEDIANTE UN MTODO CONVENCIONAL (SOXHLET) (Ver ANEXO C.1) .......................................... 62
4.2 ANLISIS ESTADSTICO DEL RENDIMIENTO EN LA EXTRACCIN DEL ACEITE ESENCIAL DE LA CSCARA DE POMELO MEDIANTE DESTILACIN POR ARRASTRE CON VAPOR E HIDRODESTILACIN. ....................................................... 63
4.2.1 Destilacin por arrastre con vapor de agua. ......................................................... 63
4.2.2 Hidrodestilacin.. .................................................................................................. 73
4.2.3 Comparacin de los mtodos de extraccin. ........................................................ 83
5. CONCLUSIONES ................................................................................................ 84
6. RECOMENDACIONES ......................................................................................... 86
REFERENCIAS ............................................................................................................... 87
LISTA DE TABLAS
Pg.
Tabla 1. Componentes de los aceites ms importantes del mercado...........26
Tabla 2. Clasificacin cientfica del pomelo (C. maxima).....28
Tabla 3. Cultivo de ctricos en el departamento de Bolvar..29
Tabla 4. Municipios con cultivos de naranjas en el departamento de
Bolvar..30
Tabla 5. Perfil qumico del aceite esencial de la cscara de pomelo (C. maxima)
....31
Tabla 6. Componentes de los grupos estudiados en la cromatografa...33
Tabla 7. Variables independientes involucradas en el proceso...44
Tabla 8. Variables dependientes involucradas en el proceso..44
Tabla 9. Variables intervinientes involucradas en el proceso de destilacin por
arrastre con vapor...45
Tabla 10. Variables intervinientes involucradas en el proceso de
hidrodestilacin....45
Tabla 11. Propiedades fsicas del extracto 62
Tabla 12. Rendimiento de la extraccin del aceite esencial de pomelo (C. maxima) mediante destilacin por arrastre con vapor de agua...63
Tabla 13. Efectos estimados para Rendimiento^7,0 ....64 Tabla 14. Anlisis de Varianza para Rendimiento^7,0......66 Tabla 15. Coeficiente de regresin para Rendimiento^7,0.......69 Tabla 16. Resultados Estimados para Rendimiento^7,0...70 Tabla 17. Optimizacin del proceso de destilacin por arrastre con vapor...73
Tabla 18. Rendimiento de la extraccin del aceite esencial de pomelo (C. maxima) mediante hidrodestilacin........74
Tabla 19. Efectos estimados para Rendimiento^4,0..74 Tabla 20. Anlisis de Varianza para Rendimiento^4,0.......76
Tabla 21. Coeficientes de regresin para Rendimiento^4,0.........78
Tabla 22. Resultados Estimados para Rendimiento^4,0.......79 Tabla 23. Optimizacin del proceso para hidrodestilacin........82
Tabla 24. Sifonadas en la extraccin Soxhlet.........97
Tabla 25. Pesos de envases vacos y con aceite para arrastre con vapor....99
Tabla 26. Pesos de envases vacos y con aceite hidrodestilacin.....99
LISTA DE FIGURAS
Pg.
Figura 1. Clasificacin de los aceites esenciales...........25
Figura 2. Corte transversal del fruto y hoja del Pomelo (Citrus maxima)27
Figura 3. Mtodos de extraccin de mezclas aromticas..35
Figura 4. Actividades de la metodologa ....41
Figura 5. Diagrama de bloques preliminar del proceso.....51
Figura 6. Equipo de hidrodestilacin/ Destilacin por arrastre con vapor
(Universidad de Crdoba Montera)...52
Figura 7. Generador de vapor para destilacin por arrastre con vapor....54
Figura 8. Cmara de extraccin para destilacin por arrastre con vapor.......55
Figura 9. Condensador para destilacin por arrastre con vapor....56
Figura 10. Recolector de aceite esencial para destilacin por arrastre con
vapor...56
Figura 11. Fuente de calentamiento para hidrodestilacin......58
Figura 12. Cmara de extraccin para hidrodestilacin.......59
Figura 13. Condensador para hidrodestilacin...........59
Figura 14. Recolector de aceite esencial para destilacin por arrastre con
vapor...60
Figura 15. Diagrama de Pareto para Rendimiento^7,0.65
Figura 16. Grafica de efectos principales para Rendimiento^7,0.67 Figura 17. Superficie de respuesta estimada. (a) grfica 3-D, (b) curvas de contorno.71
Figura 18. Diagrama de Pareto para Rendimiento^4,075
Figura 19. Grafica de efectos para Rendimiento^4,0...77 Figura 20. Superficie de respuesta estimada. (a) grfica 3-D, (b) curvas de contorno.....80
Figura 21. Tiempo vs Sifonadas....98
LISTA DE ANEXOS
ANEXO A. ARCHIVO FOTOGRAFICO (EXTRACCIN PRELIMINAR
LABORATORIO DE INGENIERIA QUIMICA, UNIVERSIDAD DE
CARTAGENA)..92
ANEXO B. ARCHIVO FOTOGRAFICO (EXTRACCIN MEDIANTE LSO
METODOS PROPUESTOS LABORATORIO DE RECURSOS NATURALES,
UNIVERSIDAD DE CORDOBA)94
ANEXO C. DISEOS EXPERIMENTALES PARA LOS METODOS PROPUESTOS.97
RESUMEN
El aceite esencial presente en la cscara de pomelo (Citrus maxima) procedente
de la regin Caribe de Colombia, se extrajo del exocarpo del fruto, utilizando los
mtodos de destilacin por arrastre con vapor e hidrodestilacin, con el fin de
comparar los rendimientos de la extraccin y optimizar las condiciones de
obtencin de los mtodos antes mencionados.
Los mtodos de extraccin fueron comparados teniendo en cuenta el rendimiento
de la extraccin a partir de variables influyentes como el tiempo y el tamao de
partcula, lo cual permiti determinar el mejor de los mtodos. El mejor rendimiento
(0,182 %) se registr para el mtodo de destilacin por arrastre con vapor. Del
mismo modo, se observ que el tamao de partcula es la variable de mayor
incidencia en el rendimiento de la extraccin con destilacin por arrastre con
vapor, mientras que para el mtodo de hidrodestilacin, el tiempo y el tamao de
tamao de partcula fueron las ms significativas.
La optimizacin de las condiciones de extraccin para cada uno de los mtodos se
realiz por medio de un anlisis estadstico usando superficies de respuestas, las
cuales permitieron definir que el proceso de destilacin por arrastre con vapor
debe realizarse por un tiempo de extraccin de 66,21 min y con un tamao de
partcula de 0,59 cm para obtener un rendimiento del 0,182%, mientras que el
proceso de hidrodestilacin se debe realizar durante un tiempo de 46,42 min y
con un tamao de partcula de 1,94 cm, condiciones con las cuales se obtendra
un rendimiento del 0,033%.
ABSTRACT
The essential oil from the pomelo peel (Citrus maxima), cultivated in the Caribbean
region of Colombia, were extracted from the fruit exocarp by using steam
distillation and hydrodistillation, in order to compare the performance and to
optimize the extraction yield in both mentioned methods.
Both extraction methods were compared regarding on the extraction yield by
considering time and particle size as controllable factors, which allowed
determining the best method. The best performance (0.1819%) was obtained with
steam distillation. Similarly, it was observed that the particle size was the most
incident variable on the extraction yield obtained by steam distillation. In the case
of hydrodistillation method, both factors, time and particle size, were the most
significant.
The optimization of the extraction yield for each method were performed by using a
statistical analysis called response surface. For steam distillation, the optimized
operating conditions were: an extraction time of 66,21 min and a particle size of
0.586 cm, obtaining an extraction yield of 0.182%; whereas for hydrodistillation
process, the optimized operating conditions were: an extraction time of 46.42 min
and a particle size of 1.942 cm, obtaining a extraction yield of 0.033%.
INTRODUCCIN
El estudio de los aceites esenciales como materias primas bsicas para la
elaboracin de productos terminados, de la industria de aromatizantes, perfumes,
sabores, insecticidas, acaricidas y la industria farmacutica. Es un rea con un
potencial alto de crecimiento en investigacin y desarrollo en diversos pases. El
uso de estos depende de los constituyentes mayoritarios identificados; la
presencia o ausencia de unos u otros est supeditada a: condiciones
geobotnicas, mtodo de cultivo, poca de recoleccin de la planta, mtodo de
almacenamiento del material vegetal, al mtodo de obtencin del aceite y edad de
la planta [1].
Colombia es un pas mega-biodiverso, sin embargo, esta inmensa ventaja no ha
repercutido en su desarrollo econmico, entre otras cosas porque no se han
realizado investigaciones de mercado que identifiquen las oportunidades
concretas de negocios, evitando adelantar programas y proyectos productivos
para el aprovechamiento sostenible y rentable de nuestra biodiversidad.
Investigaciones previas, han identificado la potencialidad del rengln de los aceites
esenciales en el pas [2]. Existen diferentes mtodos para obtener aceites esenciales, entre ellos se
encuentran: la extraccin por solventes, la maceracin, el enfleurange o el
prensado. Estos mtodos son demorados y conllevan a la formacin de productos
no deseados, como ceras, pigmentos, extractos y cidos grasos, entre otros, lo
que dificulta la separacin del aceite. As mismo, existen nuevas tcnicas que
mejoran los rendimientos del aceite como: la extraccin por microondas sin uso de
disolventes (MWA-SD) y la extraccin con fluidos supercrticos (SFE), pero son
demasiado costosas. Lo anterior conlleva a la bsqueda de alternativas que no
presenten estas limitaciones.
16
La realizacin de estudios para extraer aceites esenciales a partir de ctricos como
materia prima han presentado rendimientos favorables entre el 1% para la (Citrus
maxima) y el 5% para la (Citrus reticulata) [10], pese a esto la informacin
existente sobre estudios de extraccin con la corteza del pomelo en Colombia son
limitados, evidenciando que es un rea de mnimo desarrollo e investigacin a
nivel nacional. Por lo tanto, se decidi realizar el estudio usando esta materia
prima, teniendo en cuenta los parmetros y las condiciones de extraccin que
influyen de forma determinante para obtener el mejor rendimiento de aceite
esencial al emplearse materias primas afines.
El estudio de la extraccin del aceite esencial de la corteza del pomelo, realizado
en la Universidad de Cartagena, se llev a cabo con el fin de presentar la solucin
a un problema econmico y medioambiental, que permiti transformar un residuo
sin ningn valor comercial en un producto de alto valor, empleando mtodos
limpios como destilacin por arrastre con vapor de agua e hidrodestilacin,
descartando la obtencin de subproductos contaminantes. Con esto se podra
satisfacer un porcentaje de la demanda local y nacional de aceites esenciales, con
miras a disminuir las importaciones del producto.
Otro beneficio es el fortalecimiento de la investigacin en el campo de aceites
esenciales empleando materias primas nuevas, como en este caso, la cscara de
pomelo. En cuanto a los procesos de extraccin considerados en esta
investigacin, son mtodos econmicos y amigables con el medio ambiente
adems de lograr el mximo aprovechamiento de la materia prima en la extraccin
del aceite esencial. Los subproductos con un alto valor agregado, como las
pectinas, poseen gran importancia en la industria farmacutica y alimentaria,
haciendo rentable la aplicacin de los procesos a escala industrial.
17
De esta forma se establece la importancia que tienen las investigaciones en este
campo, ya que es posible estudiar los efectos que influyen de forma determinante
en los procesos de extraccin utilizando biomasa residual de frutas con un alto
potencial de utilizacin. Por otro lado, la optimizacin de estos procesos es de
mucha relevancia en Ingeniera Qumica, ya que ayuda a desarrollar procesos a
escala industrial, tcnica y econmicamente viables, que simultneamente
contribuyan a la generacin de nuevo conocimiento.
Entre las diferentes investigaciones que se han realizado a lo largo de los aos se
mencionan importantes hallazgos encontrados por autores como Khajed y
colaboradores (2008), Rojas y colaboradores (2008), Rueda y colaboradores
(2007), Mustafa y Kaymaz (2004), Chienthavorn e Insuan (2004), Albarracin y
Gallo (2003), los cuales aplicaron las tcnicas de destilacin por arrastre con
vapor y fluidos supercrticos (SFE), hidrodestilacin, hidrodestilacin asistida por
microondas (HDMO), destilacin por arrastre con vapor, Soxhlet y agua
supercalentada, agua supercalentada con solventes (metanol alcohol) y la
comparacin de mtodos de destilacin por arrastre con vapor e hidrodestilacin,
respectivamente para la extraccin de aceites esenciales con diferentes ctricos.
Los resultados obtenidos por las investigaciones anteriores arrojan que los
porcentajes del rendimiento de la extraccin de aceites esenciales para estas
materias primas esta en el rango de 0,2 a 2,1493%. Los anlisis de los productos
los realizaron por la tcnica analtica de cromatografa de gases acoplada con
espectroscopia de masa con lo cual determinaron los componentes mayoritarios y
el porcentaje en el cual estn presentes [1, 13, 14, 15, 16, 17].
En este trabajo se estudi el efecto del tamao de partcula y del tiempo de
extraccin en el rendimiento de extraccin de aceite esencial de la cscara de
pomelo usando destilacin por arrastre con vapor e hidrodestilacin. Para hacer el
anlisis de los resultados desde un punto de vista estadstico se plante un
18
diseo experimental factorial con puntos centrales y estrella, que permiti hacer un
anlisis de varianza (ANOVA) y optimizar la extraccin con una superficie de
respuesta. Se emple el programa Statgraphics Centurion XV para agilizar los
clculos estadsticos necesarios y graficar los resultados obtenidos del anlisis. De
acuerdo a la cantidad de aceite esencial obtenido, el mtodo que arroj el mejor
rendimiento fue el de destilacin por arrastre con vapor de 1.84 % con un tamao
de 0.58 cm y un tiempo de 66.21 min .
19
1. OBJETIVO
1.1 OBJETIVO GENERAL
Comparar el rendimiento de la extraccin del aceite esencial de la cscara
de pomelo (Citrus maxima) mediante hidrodestilacin y destilacin por
arrastre con vapor.
1.2 OBJETIVOS ESPECFICOS
- Estimar el rendimiento del extracto obtenido de la cscara de pomelo (C.
maxima) por medio de un proceso convencional a escala de laboratorio.
- Evaluar el efecto del tamao de partcula y del tiempo de extraccin, en el
rendimiento de aceites esenciales de la cscara de pomelo mediante
hidrodestilacin y destilacin por arrastre con vapor.
- Optimizar el rendimiento de la extraccin del aceite esencial de la cscara
de pomelo mediante hidrodestilacin y destilacin por arrastre con vapor
considerando los efectos del tamao de partcula y el tiempo de extraccin.
20
2. MARCO DE REFERENCIA
2.1 ESTADO DEL ARTE
Houcine y colaboradores (2011), desarrollaron mediante CO2 supercrtico la
extraccin del aceite esencial de semillas de cilantro (Coriandrum sativum), en
pasos consecutivos para diferentes condiciones experimentales. Los resultados
mostraron que el desempeo global del proceso dependi principalmente de la
presin, la razn de flujo de CO2 y el tamao de partcula de las semillas. En la
segunda parte se estudiaron los efectos en las condiciones de operacin, la
calidad del extracto y ms precisamente en la composicin del aceite vegetal. La
extraccin mediante CO2 supercrtico no tuvo mayor efecto en la composicin de
los cidos grasos del aceite vegetal comparado con tcnicas de extraccin
clsicas. Al final, se propuso un procedimiento para la separacin del disolvente y
el aceite ajustando la densidad del CO2 y las condiciones de separacin [5].
Sard y colaboradores (2011), estudiaron las propiedades acaricidas del aceite
esencial Hesperozygis ringens (Lamiaceae) en la garrapata del ganado vacuno
Riphicephalus (Boophilus), dicho aceite esencial estaba constituido principalmente
de pulegona (86%) y fue obtenido mediante hidrodestilacin con una duracin de
extraccin de 4 h. Luego se realizaron pruebas de toxicidad para determinar la
concentracin optima de aceite, que inhibiera significativamente el crecimiento de
dicho parsito, teniendo una concentracin de 50 L/ml y 25 L/ml, para una
inhibicin del 95% y 35% respectivamente [6].
Zoubiri y Baaliouamer (2011), evaluaron al bioactividad del aceite esencial
extrado mediante hidrodestilacin a partir de hojas de Lantana camara. La
composicin del aceite esencial de la L. camara incluye grandes cantidades de
sesquiterpenos, principalmente -cariofileno (35.70%) y xido de cariofileno
21
(10.04%). La prueba del aceite esencial mostr una buena actividad fumigante con
una semana de exposicin para todas las dosis ensayadas. Adems, otros
estudios confirmaron que el aceite fue eficiente durante dos semanas [7].
Yujing y colaboradores (2011), investigaron los efectos del tamao de partcula
del material, el disolvente de extraccin, la relacin slido / disolvente,
temperatura, tiempo de extraccin, intensidad acstica elctrica, altura del lquido
y ciclo de trabajo de la exposicin de ultrasonido en el rendimiento de extraccin
del all-trans-b-caroteno a partir de cscaras de ctricos mediante la extraccin
asistida por ultrasonido (EAU). En donde el rendimiento de extraccin se vio
afectado significativamente por el tamao de partcula. El diclorometano caus la
degradacin del all-trans-b-caroteno extrado durante la EAU. El etanol mostr un
mayor rendimiento de extraccin durante la EAU en comparacin con la extraccin
clsica (EC). El rendimiento de extraccin de la EAU tuvo un valor mximo a 25C.
En comparacin con la extraccin clsica, el rendimiento de extraccin de la EAU
no lleg a un equilibrio fcilmente [25].
Mighri y colaboradores (2010), examinaron la actividad antimicrobiana y
antioxidante de cuatro tipos de aceite esencial obtenidos mediante hidrodestilacin
a partir de diferentes partes de la Artemisia herba-alba cultivada en el sur
Tunicina. Los mayores componentes en estos aceites fueron: -thujone, -thujone,
-thujone/-thujone y 1,8-cineole/camphor/-thujone/thujone. La actividad
antimicrobiana de los diferentes aceites fue examinada mediante el mtodo de
difusin y determinando la zona de inhibicin. Los resultados mostraron que todos
los tipos de aceites ensayados tuvieron una gran actividad antimicrobiana. En
adicin, la labor antioxidante fue evaluada en diferentes pruebas in vitro y se
encontr una actividad dbil para estos aceites [8].
Orav y colaboradores (2010), analizaron la composicin del aceite de enebro
comn (Juniperus communis L.) procedente de Estonia. Se obtuvieron distintos
22
rendimientos y composiciones del aceite esencial mediante los mtodos de
destilacin y extraccin simultnea (SDE) por sus siglas en ingles, y dixido de
carbono supercrtico (SFE) dichos resultados se compararon con diferentes partes
del enebro. El rendimiento del aceite estuvo entre el 0,7 y el 2,1%. El contenido de
pineno del aceite esencial del grano de enebro fue del 47,9%, y del enebro
needleoil fue de 36,4%. El rendimiento y la composicin obtenida mediante SDE y
SFE para el enebro needles fueron similares. El aceite obtenido mediante SFE del
grano de enebro contena ms sesquiterpenos y compuestos con altas
temperaturas de ebullicin que el aceite obtenido mediante SDE [9].
Hosni y colaboradores (2010), analizaron el aceite esencial de la cscara de
cuatro especies ctricas tunecinas: naranja dulce (Citrus sinensis Osbeck),
mandarina (Citrus reticulata Blanco); naranja agria (Citrus aurantium L.) y pomelo
(Citrus grandis Osbeck), mediante cromatografa de gases (GC) por sus siglas en
ingles y cromatografa de gases acoplada con espectroscopia de masas (GC/MS)
por sus siglas en ingles. Los aceites esenciales de pomelo y mandarina
presentaron contenidos desde el 1,06% al 4,62% (p/p). Mediante los anlisis
cualitativos y cuantitativos se identificaron ms de 70 componentes en todos los
aceites anteriormente indicados. Los anlisis mostraron que los aceites estaban
constituidos principalmente de: monoterpenos (97,59-99,3%), limonenos (92,52-
97,3%) y -pinenos (1,37-1,82). los compuestos qumicos remanentes
representaron menos del 1% [10].
Vila y colaboradores (2010), obtuvieron mediante hidrodestilacin el aceite
esencial de hojas frescas de Plinia cerrocampanensis Barrie (Myrtaceae). Se
identificaron cuarenta componentes del aceite esencial que representaron ms del
91% del mismo. Los sesquiterpenos oxigenados representaron la mayor fraccin,
con -bisabolol (42,8%) como mayor constituyente, haciendo esta planta una
nueva fuente para la obtencin de dicha sustancia. El aceite esencial mostr una
23
fuerte condicin inhibidora y bactericida, causando una efectividad del 100% para
la A. aegypti con una concentracin de aceite de 500 g/ml [11].
Mortazavi y colaboradores (2010), realizaron un estudio comparativo entre la
extraccin con agua supercalentada y dos mtodos de extraccin convencionales
(hidrodestilacin y Soxhlet) para el Bunium persicum Boiss. Se investig la
influencia de las condiciones de operacin como la temperatura desde 100 a 150
C, el tamao de partcula desde 0,5 hasta 1 mm y la razon de flujo desde 2 a 4
mL/min. La identificacin de los componentes se realiz mediante (GC/MS). La
extraccin ptima para el agua supercalentada se determin a 125 C, 4mL/min y
el tamao de partcula de 0,5 mm. Para esa condicin de operacin, la eficiencia
en la extraccin fue ms baja en los mtodos de hidrodestilacin y Soxhlet [12].
24
2.2 MARCO TERICO
2.2.1 Descripciones generales de los aceites esenciales. Son mezclas homogneas de compuestos qumicos orgnicos, constituidos
principalmente de terpenoides. Tienen la propiedad en comn, de generar
diversos aromas agradables. A condiciones ambientales, son lquidos
menos densos y ms viscosos que el agua. Poseen un color en la gama del
amarillo, hasta ser transparentes en algunos casos. Son inflamables, no son
txicos, aunque pueden provocar alergias en personas sensibles a
determinados terpenoides. Son inocuos, mientras la dosis suministrada
no supere los lmites de toxicidad. Sufren degradacin qumica en
presencia de la luz solar, del aire, del calor, de cidos y lcalis
fuertes, generando oligmeros de naturaleza indeterminada. Son
solubles en los disolventes orgnicos comunes. Casi inmiscibles en
disolventes polares asociados (agua, amoniaco). Tienen propiedades de
solvencia para los polmeros con anillos aromticos presentes en su
cadena [4].
2.2.2 Procedencia de los aceites esenciales. Se les puede encontrar en diferentes partes de la planta: en las hojas (ajenjo, albahaca,
eucalipto, hierbabuena, mejorana, menta, pachul, romero, salvia, etc.),
en las races (anglica, crcuma, jengibre, sndalo, sasafrs, valeriana,
vetiver, etc.), en el pericarpio del fruto (ctricos como limn, mandarina,
naranja, etc.), en las semillas (ans, cardamomo, hinojo, comino, etc.),
en el tallo (canela, etc.), en las flores (lavanda, manzanilla, piretro, tomillo,
rosa, etc.) y en los frutos (nuez moscada, perejil, pimienta, etc.) [1].
25
2.2.3 Clasificacin de los aceites esenciales. En la Figura 1 se establece la
clasificacin de los aceites esenciales teniendo en cuenta diferentes
criterios, con los cuales se establecen los diferentes tipos de aceites
esenciales que se comercializan en la actualidad.
Figura 1. Clasificacin de los aceites esenciales
Fuente: [24]
ACEITES ESENCIALES
Consistencia
Esencias fluidas: Liquidos volatiles a temperatura ambiente.
Balsamos: Son liquidos espesos, de pocos volatiles y propensos a sufrir reacciones de
polimerizacion.
Oleorresinas: Poseen el aroma concentrado de las plantas, son muy viscosos o semisolidos.
Origen
Naturales: Se obtienen de la planta y no sufren modificaciones fisicas ni quimicas posteriores a
la extraccion, pero son demasiado costosos
Artificiales: Se obtienen a traves de procesos de enriquecimiento de la misma esencia con
uno o varios de sus componentes
Sinteticos: Producidos por la combinacion de sus componentes producidos por sintesis
quimica
Naturaleza quimica
Monoterpenoides: Son aquellos ricos en monoterpenos (terpenos de 10 C)
Sesquiterpenoides: Son aquellos aceites ricos en sesquiterpenos (terpenos de 15 C)
fenilterpenoides Son los que se encuentra mayormente compuestos por diterpenos
(terpenos de 20 C)
26
Tabla 1. Componentes de los aceites ms importantes del mercado
Materia prima Componente (s)
Citronella Geraniol, Citronelal Clove Eugenol, Cariofileno
Eucalipto Cineol, Eucaliptol Lemongras Citral
Limon Limoneno Lavanda Acetato de linal Menta Mentol
Hierbabuena Carbona Naranja Limoneno, 3-Hexil piridina Angelica Alfa-pineno, Limoneno
Salvia Alfa y Beta Tuyona Romero Acido rosmarinico
Fuente: [18, 19, 20]
2.2.4 Materia prima seleccionada.
- Generalidades de la materia prima. El cultivo del pomelo pudo iniciarse en el sureste de Asia; era conocido en China al inicio de la era cristiana y
en India. Al cercano Oriente y al sur de Europa lleg entre los siglos IX a XI,
pero su expansin fue muy reducida. Se cultivaba en las Antillas (Jamaica)
hacia la mitad del siglo XVII, posiblemente introducido de india.
El rbol de pomelo alcanza hasta 15 m de alto; el tronco se divide cerca de
la base en unas pocas ramas primarias, muy gruesas. Las ramillas son
angulares a menudo pubescentes. Las hojas elpticas miden hasta 20 cm
de largo, con la base obtusa o redondeada y el pice ancho o poco
acuminado; pecolo alado, de forma acorazonada. Los nervios de la cara
inferior de la hoja son a menudo pubescentes. Flores grandes, solitarias o
en racimos, axilares o subterminales; cinco spalos; cinco ptalos; 20 a 25
27
estambres, en grupos de tres a cinco; ovario esfrico, claramente
delimitado del pistilo, dividido en 11 a 16 lculos.
Frutos grandes, subglobosos o subpiriformes de 10 a 30 cm de dimetro y
aun mayores, amarillo claro en la madurez, con puntos verdosos que
forman las glndulas de aceite; cscara gruesa y suave, blanca o rosada,
hasta de tres centmetros; pulpa blanca a roja, compacta; semillas grandes,
rugosas y blancas interiormente, monoembrionicas [26].
Figura 2. Corte transversal del fruto y hoja del Pomelo (Citrus maxima)
Fuente: [33]
28
Tabla 2. Clasificacin cientfica del pomelo (C. maxima)
Clasificacin cientfica
Reino Plantae
Divisin Magnoliophyta Clase Magnoliopsida
Subclase Rosidae
Orden Sapindales Familia Rutaceae
Subfamilia Citroideae
Tribu Citreae Genero Citrus Especie C. maxima
Nombre binomial
Citrus maxima
Sinonimia
Citrus decumana (L.) L.
Citrus grandis (L.) Osbeck
Fuente: [27]
- Informacin relevante de ctricos y pomelo en Colombia.
La participacin colombiana en el mercado mundial del pomelo no es
tan relevante dado que la produccin colombiana es equivalente al
29
1,5% de la produccin del mayor productor mundial, Brasil, y tan solo el
4,6% de la produccin de otro importante competidor en el mercado de los
Estados Unidos: Mxico [34].
Los cultivos de pomelo en Colombia se realizan mayoritariamente en la
regin Caribe, mediante parcelas en paralelo con otros cultivos ctricos,
principalmente con la naranja, de acuerdo a esto en Bolvar el principal
productor de ctricos es el municipio de MAHATES [35], (ver ANEXO C.3),
la informacin de la Tabla 3 registra las cifras que sustenta lo antes
mencionado.
Tabla 3. Cultivo de ctricos en el departamento de Bolvar.
Municipio Mahates
Cultivo Ctricos
Periodo 2010
rea Sembrada (Hectreas) 200
rea cosechada (Hectreas) 200
Produccin (Toneladas) 3000
Rendimiento (Ton./Hect.) 15
Nmero de fincas productoras 220
Fuente: [35]
Adems , los municipios que implementan el cultivo de pomelo junto con el
de naranja son: Trbaco y San Juan Nepomuceno [35].
30
Tabla 4. Municipios con cultivos de naranjas en el departamento de Bolvar.
Municipio Turbaco San Juan Nepomuceno
Cultivo Naranja Naranja
Periodo 2010 2010
rea Sembrada (Hectreas) 175 85
rea cosechada (Hectreas) 175 60
Produccin (Toneladas) 2625 720
Rendimiento (Ton./Hect.) 15 12
Nmero de fincas productoras 6 80
Fuente: [35]
As mismo se registran fincas con cultivos de pomelo en los departamentos
de sucre, Crdoba entre los cuales se pueden mencionar plantaciones en
Sincelejo, San marcos, en mata de caa, el roble para el caso de Sucre y
San Antero, San Pelayo para el caso de Crdoba1.
______________ 1 Jenny Puentes Ortiz, Sincelejo, Sucre 2012.
31
- Composicin qumica del aceite de la cscara de pomelo.
Tabla 5. Perfil qumico del aceite esencial de la cscara de pomelo (C. maxima) procedente del cole Suprieure dAgriculture de Mograne, ESAM, Zaghouan, Tunisia. Food Chemistry. 2010; 123: 10981104.
No. Compuestos RI %
1 -Pinene 930 0,150,05
2 Sabinine 961 0,190,01
3 -Pinine 979 1,520,06
4 -Myrcene 989 0,030,00
5 -Phellandrene 998 tr
6 Limonene 1021 95,43,91
7 (Z)- -Ocimene 1032 0,010,01
8 (E)- -Ocimene 1038 0,260,09
9 -Terpinene 1044 0,010,00
10 trans-Sabinene hydrate A 1055 0,010,00
11 cis- Sabinene hydrate A 1073 0,010,00
12 Linalool 1083 0,090,02
13 trans-Pinocarvemol 1131 0,030,01
14 Borneol 1151 tr
15 Terpinen-4-ol 1164 0,010,00
16 Verbenone 1183 0,350,04
17 Cyclocitral A 1198 0,040,01
18 Citronellol 1208 0,020,01
19 trans-Para-menth-2-ene-1-ol A 1222 0,010,00
20 Geranial 1228 0,030,01
21 (E)-(E)-2,4-Decadienal 1284 0,020,00
32
Tabla 5. (Continuacin)
22 trans-Pinocarvyl acetate A 1292 0,020,01
23 trans Carveol A 1297 0,010,00
24 Myrtenyl acetate A 1318 0,10,00
25 -Terpinyl acetate A 1327 0,110,02
26 Neryl acetate 1343 0,080,02
27 Geranyl acetate 1364 0,010,00
28 -Copaene 1374 0,030,02
29 Elemene 1388 0,420,04
30 Bornyl Isobutyrate A 1405 0,010,00
31 Copaene 1426 0,060,01
32 Aromadendrene 1445 0,020,01
33 -Humulene 1454 0,10,01
34 lonone 1468 0,050,01
35 Germacrene-D 1477 0,050,01
36 Cubebol 1488 0,010,00
37 Bicyclogermacrene A 1499 0,150,04
38 -Cadinene 1517 0,010,00
39 (E)-Nerolidol 1542 0,030,01
40 Germacrene-B A 1556 0,010,00
41 Humulene 6,7-epoxide A 1595 0,010,01
42 Rpi-cubenol 1613 0,020,00
43 -Eudesmol 1617 0,010,00
44 -Cadinol 1625 0,030,01
45 -Sinensal A 1663 0,010,00
46 -Cyperone A 1722 0,40,06
47 Geranyl -terpinene A 1949 0,010,00
Fuente: [10]
33
Los valores se expresan como: media desviacin estndar de tres determinaciones.
RI: ndices de retencin relativas a n-alcanos en columna Rtx-1.
tr: cantidad (
34
El anlisis de GC-MS lo realizaron en un cromatgrafo de gases HP 6890 (II) en
interfaz con un espectrmetro de masas HP 5973 (Agilent Technologies, Palo Alto,
CA, EE.UU.) con ionizacin por impacto electrnico (70 eV). Utilizaron una
columna capilar HP-5MS (60 m x 0,25 mm, espesor de pelcula 0,25 m). La
temperatura de la columna se program para elevarse desde 40 hasta 280 C a
una velocidad de 5 C / min. El gas portador fue helio, con una velocidad de flujo
de 1,2 ml / min. El tiempo de anlisis y el rango de masas fueron de 1 s y 50-550
m / z, respectivamente.
Los compuestos voltiles fueron identificados por comparacin de sus ndices de
retencin relativos a (C7-C20) n-alcanos con los de la literatura (Barboni et al,
2009;. Paolini, Costa, y Bernardini, 2005) y / o con los de compuestos autnticos
disponibles en su laboratorio, y haciendo coincidir sus patrones espectrales de
masas de fragmentacin con los datos correspondientes (Wiley biblioteca 275.L) y
otros espectros de masas publicado (Adams, 2001), as como por comparacin de
los ndices de retencin con los datos de la biblioteca de espectros de masas '"los
terpenoides y Constituyentes de los aceites esenciales relacionados" (Dr. Detlev
Hochmuth, la Ciencia consultora, Hamburgo, Alemania), utilizando el software
MassFinder 3 (www.massfinder.com). Las cantidades relativas porcentuales de los
compuestos identificados fueron obtenidos de la integracin electrnica de las
reas de los picos de FID sin el uso del factor de correccin. Los resultados se
expresan como la media de los triplicados [10].
2.2.5 Procesos de obtencin. Los principales mtodos de extraccin de los aceites son: mtodos directos (compresin, raspado, lesiones mecnicas
de la corteza), destilacin (con agua o hidrodestilacin, destilacin con agua
y vapor, destilacin con vapor seco), extraccin (con solventes voltiles,
con solventes no voltiles, con fluidos supercrticos), Enfleurage (adsorcin
slido-lquido y/o slido-gas), y headspace (purga y trampa simultneas,
purga y extraccin con solvente simultneas) [3].
35
Figura 3. Mtodos de extraccin de mezclas aromticas
Mtodo Procedimiento Productos obtenidos
Mtodo Procedimiento Productos obtenidos
Destilacin
Directa
Arrastre con vapor de agua (directo,
indirecto, a presin, a vaco)
Destilacin - maceracin (liberacin enzimtica de
agliconas en agua caliente)
Aceites esenciales y
aguas aromticas
Mtodos directos
Extrusin
Gomas, resinas,
blsamos Macerado
-Compresin de cscaras
-Raspado de cscaras
Aceites esenciales
ctricos
Lesiones mecnicas en
cortezas
a)
b)
36
Figura 3. (Continuacin)
Mtodo Procedimiento Productos obtenidos
Mtodo Procedimiento
Fuente: [1]
Tcnicas de vanguardia
Utilizacin de ultrasonidos en el proceso extractivo de hidrodestilacin
Extraccin por microondas
Extraccin con fluidos en estado supercrtico
Extraccin con
solventes
Solventes voltiles
Solventes fijos (grasas
y aceites)
En caliente Infusiones y resionides alcoholes
En frio Concretos y absolutos
En caliente
En frio
Absolutos de pomada
Absolutos de enflorados
c)
d)
37
- Hidrodestilacin. Se denomina hidrodestilacin a la destilacin de las
flores u otras partes de la planta por medio de vapor de agua. En donde
dicho vapor se encarga de arrastrar el aceite esencial presente en la parte
sometida al proceso. Los aceites esenciales poseen un punto de ebullicin
superior al del agua, pero en la mezcla de aceite esencial ms agua
presenta un punto de ebullicin inferior y por esto puede ser destilada. Al
pasar por el condensador los vapores se enfran, se condensan y se
transforman en un lquido formado por dos fases inmiscibles:
Fase orgnica: Es la parte que contiene el aceite esencial.
Fase acuosa: La cual contiene cierta cantidad de esencia como es el caso del agua de rosas debido a que los aceites esenciales contienen una
fraccin de componentes solubles en el agua.
La separacin de estas fases es posible gracias a la diferencias de
densidades y a la inmiscibilidad debido a que la fase orgnica es la fase
menos densa y flota sobre la fase acuosa, pero pueden existir excepciones
[23].
- Destilacin por arrastre con vapor. En la destilacin por arrastre con vapor de agua, la muestra vegetal generalmente fresca y cortada en trozos
pequeos, se coloca en un recipiente cerrado y sometida a una corriente de
vapor de agua, la esencia as arrastrada es posteriormente condensada,
recolectada y separada de la fraccin acuosa. Esta tcnica es muy utilizada
especialmente para esencias muy voltiles, por ejemplo las utilizadas para
perfumera. Se utiliza a nivel industrial debido a su alto rendimiento, a la
pureza del aceite obtenido y porque no requiere tecnologa sofisticada [1].
38
La destilacin por arrastre con vapor que se emplea para extraer la mayora
de los aceites esenciales es una destilacin de mezcla de dos lquidos
inmiscibles y consiste en una vaporizacin a temperaturas inferiores a las
de ebullicin de cada uno de los componentes voltiles por efecto de una
corriente directa de vapor de agua, el cual ejerce la doble funcin de
calentar la mezcla hasta su punto de ebullicin y adicionar tensin de vapor
a la de los componentes voltiles del aceite esencial; los vapores salientes
de la cmara extractora se enfran en un condensador donde regresan a la
fase lquida, los dos productos inmiscibles, agua y aceite finalmente se
separan en un dispositivo decantador o vaso florentino [1].
2.2.6 Productos. En un aceite esencial pueden encontrarse hidrocarburos alicclicos y aromticos, as como sus derivados oxigenados; Ej., alcoholes,
aldehdos, cetonas, steres, etc., substancias azufradas y nitrogenadas.
Los compuestos ms frecuentes derivan biolgicamente del cido
mevalnico; se les cataloga como terpenos: monoterpenos (C10) y
sesquiterpenos (C15) [21].
- Monoterpenoides. Estas sustancias constituyen una amplia familia de
alcoholes, hidrocarburos, cetonas monoterpnicas, etc., los cuales son un
grupo importante de compuestos presentes en los aceites esenciales
obtenidos a partir de las races, hojas y tallos de varias plantas.
- Sesquiterpenoides. En los AE los sesquiterpenos son una fraccin ms pesada y menos voltil, que los monoterpenoides. Ellos se forman por
la unin de tres unidades de isopreno. Estos compuestos son
relativamente ms nuevos, que los monoterpenos, pues slo hasta
finales del siglo XIX fueron descubiertos y slo hasta 1920 se logr
conocer ms a fondo sobre su estructura. [22].
39
2.2.7 Subproductos. El residuo slido obtenido al final de la extraccin puede
ser usado para compostaje o como abono orgnico, el agua residual de la
extraccin es no toxica y se puede utilizar para agua de enfriamiento o para
riego de plantas o cultivos.
2.2.8 Usos y aplicaciones. Los aceites esenciales son usados frecuentemente de forma indirecta como aditivos en perfumes, en productos de aseo
personal, de aseo del hogar o de forma directa para inhibir la produccin
de mohos de alimentos con diferentes contaminantes y bacterias debido a
su actividad antiaflatoxignica, antifngica, antioxidante as como por la
capacidad de captar radicales libres [33].
2.2.9 Multicolinealidad. Es la presencia de varias variables independientes en
un modelo de regresin mltiple que estn estrechamente correlacionadas
entre s. La multicolinealidad puede causar resultados extraos al intentar
estudiar qu tan bien las variables individuales independientes contribuyen
a la comprensin de la variable dependiente. Cuando existe
multicolinealidad en el modelo, se puede ver el error estndar muy alto y de
bajo estadsticos t, los cambios inesperados en magnitudes o signos
coeficiente, o los coeficientes no significativos a pesar de un alto R-
cuadrado [39].
2.2.10 Linealidad. Indica que el valor esperado de la variable dependiente depende linealmente de las variables independientes, adems el impacto
esperado por un cambio unitario de cada una de las variables
independientes, manteniendo las otras constantes, es siempre el mismo
[33].
40
3. METODOLOGA
Se determin el desempeo de la extraccin de aceites esenciales a partir de la
cscara de pomelo utilizando dos procesos: Destilacin por arrastre con vapor y el
mtodo de hidrodestilacin. Para esto, se realizaron diferentes pruebas que
permitieron comparar el desempeo obtenido para cada mtodo definiendo las
variables principales en el proceso de extraccin.
3.1 TIPO DE INVESTIGACIN
Mediante la realizacin de investigacin cualitativa experimental se determinaron
los parmetros ptimos que permitieron comparar los mtodos de hidrodestilacin
y destilacin por arrastre con vapor, de tal forma que se evalu el rendimiento de
la extraccin de aceites a partir de cada mtodo, utilizando como materia prima las
cscaras de pomelo. Analizando las variables: tamao de partcula del lecho
empacado y tiempo de extraccin, debido a la significativa influencia que
presentaron en la variacin del rendimiento del aceite esencial obtenido.
Se realiz satisfactoriamente el estudio de los efectos de la extraccin del aceite
esencial de pomelo, desarrollando mltiples etapas que se cumplieron mediante
las actividades propuestas en la Figura 2, lo cual permiti el desarrollo de los
objetivos planteados.
41
Figura 4. Actividades de la metodologa
Fuente: Elaborada en la presente investigacin.
METODOLOGIA
Se escogi el mtodo Soxhlet para la extraccin
Se eligi el solvente y se llev a cabo la extraccin
Se determin el rendimiento del extracto obtenido
Se realiz el anlisis estadstico de los datos
obtenidos para comparar el rendimiento
Se optimiz el rendimiento de la
extraccin del aceite esencial de la cscara
de pomelo
Se obtuvo el extracto de la cscara de
pomelo por un mtodo convencional
Se obtuvo el aceite esencial de la cscara de pomelo por medio
de los mtodos seleccionados
Se prepar la materia prima
Se extrajo el aceite esencial de la cscara de pomelo por los
mtodos seleccionados
Se seleccionaron los equipos de extraccin para cada uno de
los mtodos
Se determin el rendimiento de la extraccin para cada
mtodo
42
3.2 TECNICAS DE RECOLECIN DE INFORMACION
3.2.1 Fuentes de informacin primaria. Las fuentes primarias de ste proyecto fueron: los datos obtenidos de forma experimental, llevando a cabo las
extracciones en los equipos para los mtodos de hidrodestilacin y destilacin por
arrastre de vapor del grupo de investigacin de Qumica de los Productos
Naturales de la Universidad de Crdoba, partiendo de la seleccin y preparacin
de la materia prima, la realizacin de extracciones preliminares con un mtodo
convencional; estableciendo las condiciones del proceso y finalmente las corridas
en los extractores para cada mtodo.
3.2.2 Fuentes de informacin secundaria. Las fuentes secundarias de ste proyecto fueron suministradas por el Investigador de la facultad de ingeniera
profesor Luis Monroy Rodrguez; la Secretaria de Agricultura de Bolvar, mediante
el ingeniero David Acua y el doctor Jos Marrugo coordinador del grupo de
Aguas, Qumica Aplicada y Ambiental de la Universidad de Crdoba. La
informacin suministrada para la extraccin del aceite esencial de pomelo (Citrus
maxima), se hizo a travs de artculos obtenidos de internet: Science Direct,
Scielo, el estudio realizado para la extraccin de aceite esencial de Piper
Aduncum (cordoncillo) procedente de la zona cafetera (Universidad Nacional de
Colombia - sede Manizales); La hidrodestilacin de aceites esenciales: Modelado
y caracterizacin (Universidad de Valladolid) y material suministrado por los
ingenieros anteriormente mencionados.
43
3.3 POBLACION Y MUESTRA
3.3.1 Poblacin. En ste proyecto se seleccion como poblacin, el pomelo (Citrus maxima) procedente de la regin Caribe colombiana.
3.3.2 Muestra. La capacidad mxima del equipo a trabajar es de 3000 g y la capacidad mnima de trabajo es de 200 g, el tamao de la muestra fue de 500 g
de cscara.
3.4 VARIABLES
Mediante la revisin de las publicaciones relacionadas con extracciones de aceite
esencial a partir de materias primas afines con el pomelo, se encontraron las
variables principales en el proceso de obtencin del aceite esencial mediante los
mtodos planteados. Para esto, se clasificaron las variables predominantes en los
estudios anteriores y se escogieron como las variables que afectan el rendimiento
de los procesos de extraccin, el tiempo de extraccin y el tamao de partcula de
la materia prima. A partir de lo anterior se logr obtener la relacin existente entre
ellas, lo que permiti comparar los rendimientos de cada mtodo de forma
pertinente.
De esta forma las variables del proceso para cada mtodo se definen as:
44
Tabla 7. Variables independientes involucradas en el proceso
Variables independientes
Definicin Unidades
Tiempo de extraccin
El tiempo que tarda en
obtenerse el aceite
esencial de la cscara de
pomelo
Minutos (min)
Tamao de partcula
El tamao al cual se
reduce las cscaras para
ser sometidas a la
extraccin por cada
mtodo
Centmetros (cm)
Fuente: Elaborada en la presente investigacin.
Tabla 8. Variables dependientes involucradas en el proceso
Variables dependientes Definicin Unidades
Rendimiento de la
extraccin
Gramos de aceite
obtenido por cada gramo
de cscara de pomelo
Porcentaje (%)
Fuente: Elaborada en la presente investigacin.
45
Tabla 9. Variables intervinientes involucradas en el proceso de destilacin por arrastre con vapor
Variables intervinientes
Definicin Valor Unidades
Presin Presin de operacin de la
cmara extractora 1
Atmsferas
(atm)
Temperatura Temperatura de operacin de la
cmara extractora 110
Grados
Celsius (C )
Cantidad de
agua en el
calderin
Agua desionizada y esterilizada
necesaria para el proceso 3 Litros (l)
Cantidad de
materia prima
Gramos de pomelo picado
necesarios para cargar el
extractor
500 gramos (g)
Fuente: Elaborada en la presente investigacin.
Tabla 10. Variables intervinientes involucradas en el proceso de hidrodestilacin
Variables intervinientes
Definicin Valor Unidades
Presin Presin de operacin de la
cmara extractora 1
Atmsferas
(atm)
Temperatura Temperatura de operacin de la
cmara extractora 110
Grados
Celsius (C )
46
Tabla 10. (Continuacin)
Cantidad de
agua en la
cmara
extractora.
Agua necesaria para el proceso
desionizada y esterilizada 3 Litros (l)
Cantidad de
materia prima
Gramos de pomelo picado
necesarios para cargar el
extractor
500 gramos (g)
Fuente: Elaborada en la presente investigacin.
3.5 DISEO DE EXPERIMENTO
La investigacin se encamin a determinar el comportamiento de la variable de
respuesta, en ste caso el porcentaje de rendimiento de la extraccin del aceite
esencial de la cscara de pomelo, a partir de las interacciones y variaciones del
tamao de partcula y tiempo de extraccin, que son variables limitantes y
determinantes para cada uno de los procesos que se realizaron, lo cual se ha
demostrado en estudios anteriores.
En ste trabajo se plante un estudio comparativo, entre dos mtodos
convencionales: destilacin por arrastre con vapor e hidrodestilacin. Para ello se
realizaron dos diseos experimentales, en los cuales se variaron el tamao de
partcula y el tiempo de extraccin, para cada mtodo; con lo cual se encontraron
los puntos ptimos para cada variable. Se eligi como variable de respuesta para
47
los dos procedimientos, el porcentaje de rendimiento de la extraccin. Para esto
se utiliz el mtodo de factorial 2k compuesto con puntos estrellas, sin rplica.
El nmero de corridas tomando 4 puntos centrales y 2 puntos estrellas fue de:
22 + 4 puntos centrales + 2 puntos estrellas = 10 experimentos
Para cada mtodo de extraccin, dando un total de 20 experimentos. Los
experimentos se realizaron sin rplica, debido a que el error experimental est
dado por los puntos centrales.
3.6 OBTENCIN DEL EXTRACTO DE POMELO MEDIANTE UN MTODO CONVENCIONAL (SOXHLET)
Estas pruebas se realizaron en el Laboratorio de Ingeniera Qumica, de la
Universidad de Cartagena Sede de Piedra de Bolvar, utilizando equipos del
Programa de Ingeniera Qumica, de Ingeniera de Alimentos y del Laboratorio de
Fsica.
3.6.1 Preparacin de la materia prima. Se realiz el raspado del material vegetal en el cual se retir la corteza blanca (mesocarpo) sin comprometer
la cscara verde (exocarpo), la cual posee el aceite.
Se picaron las cortezas, en trozos de aproximadamente 0,2 cm por lado,
cuidando que la superficie de contacto fuese uniforme y lo ms pequeo
posible para aumentar e contacto con el disolvente una vez este en el
equipo. Luego se pesaron 20 g de material vegetal.
48
3.6.2 Preparacin del solvente. La extraccin se realiz con hexano, debido a
que los datos en la literatura registran que este solvente es ideal para la
realizacin de trabajos delicados en los que la identidad de los
componentes puede resultar comprometida, por ser abundante, econmico,
porque la produccin se da con las condiciones de pureza adecuadas, y los
residuos en la extraccin son pocos por el punto de ebullicin que maneja
que es altamente alejado del punto de ebullicin de los aceites esenciales
[28].
Las mezclas de etanol-agua, hexano o fracciones ligeras del petrleo o
"ter de petrleo", a veces han sido aadidas a medida que han mejorado
los procesos de separacin. Sin embargo, estos son lquidos altamente
inflamables y se debe tener cuidado con su uso [29]. El solvente
seleccionado para realizar las extracciones fue hexano grado analtico con
un 95% de pureza, ste posee un rango de ebullicin entre 67-69 C. La
operacin se llev a cabo midiendo 100 ml de hexano y se dej como
margen de error 20 ml de exceso previniendo las perdidas por evaporacin.
3.6.3 Materiales para el montaje de Soxhlet. (Ver anexo A)
Matraz de fondo plano de 250 ml. Cmara de extraccin de aceite de dimetro 45/50. Condensador de dimetro 45/50. Plancha de calefaccin Heidolph MR Hei standard. Soporte universal. 3 pinzas para soporte. 2 mangueras. 1 tapn.
49
3.6.4 Montaje.
Se instal la tubera de agua para el flujo que ingresa al sistema de
refrigeracin, a contracorriente.
Se llen el material vegetal (exocarpo) en la cmara de extraccin, para
lograr compactarlo.
Luego, se llen la cmara de extraccin con el disolvente (hexano grado
analtico), de tal forma que el disolvente atraviese el lecho y se deposite
en el fondo del matraz.
3.6.5 Procedimiento para la extraccin del aceite esencial de pomelo.
Se realiz la conexin del flujo de agua, que ingresa y sale del
condensador llenndolo por completo y que no presente ninguna burbuja
de aire.
Se empac el lecho depositando el material vegetal preparado, en la
cmara de extraccin. Acomodando el lecho de tal forma que se
compacte y se logre disminuir la porosidad, garantizando el contacto
entre el solvente y la materia prima.
Se coloc de forma vertical, el baln sobre la plancha calefactora y luego
la cmara de extraccin sobre el baln.
Se llen la cmara de extraccin con el disolvente alimentndolo en
exceso, de tal forma que se logro llevar a cabo la primera extraccin del
proceso. Por esto el nivel del solvente dentro de la cmara de extraccin
super el nivel del lecho y cay por el tubo sifn, el cual traslad al
solvente al matraz. Se trabaj con una relacin disolvente/material de
6:1, es decir, se trabaj con 120 ml de disolvente y 20 g de exocarpo.
50
Se coloc el condensador encima de la cmara de extraccin. Se abri el
flujo de agua para mantener el sistema refrigerado, asegurando la
condensacin del hexano.
La estufa se energiz y se encendi aumentando la temperatura
gradualmente hasta alcanzar los 212 C aproximadamente garantizando
la ebullicin del disolvente garantizando el contacto del vapor con el
lecho.
El proceso se llev a cabo durante 170 minutos en los cuales se
determinaron las etapas de forma experimental, contabilizando cada vez
que el disolvente pasaba por el sifn y descenda por el mismo hacia el
matraz.
3.6.6 Recuperacin de disolvente (Hexano).
Para la recuperacin del hexano, se retir el lecho de cscaras de pomelo
(Citrus maxima) de la cmara de extraccin.
Luego, se tom, el disolvente junto con el aceite obtenido despus de la
ltima sifonada, se realiz el montaje con la cmara de extraccin vaca y
el matraz con la mezcla.
La mezcla se someti a calentamiento alcanzando una temperatura de
212 C por 57 minutos hasta lograr que el aceite se evapore casi en su
totalidad logrando obtener como residuo en el matraz el aceite con trazas
de disolvente. Y en la cmara de extraccin queda contenido el solvente
recuperado.
El solvente fu vertido en un recipiente que se esteriliz previamente y se
almacen para otros usos.
51
3.7 OBTENCIN DEL ACEITE ESENCIAL DE LA CSCARA DE POMELO MEDIANTE LOS MTODOS PROPUESTOS (DESTILACIN POR ARRASTRE CON VAPOR E HIDRODESTILACIN)
En la figura 5 se representa el procedimiento general, de la extraccin de aceites
esenciales, mediante los mtodos seleccionados para la realizacin del presente
estudio, en el cual se contempla las etapas que se deben seguir para llevar a cabo
la obtencin del aceite esencial libre de humedad y otros contaminantes.
Figura 5. Diagrama de bloques preliminar del proceso
Fuente: Elaborada en la presente investigacin.
Recoleccin y almacenamiento de la materia prima: Pomelo
Seleccin de la materia prima
Reduccin de tamao
Separacin del aceite por diferencia de densidades
Separacin del aceite por diferencia de densidades
Envasado y almacenado
Extraccin del aceite empleando destilacin por
Extraccin del aceite empleando hidrodestilacin
Lavado y secado de la materia prima
52
3.7.1 Seleccin del equipo. Las extracciones se realizaron en el equipo de
extraccin de aceites esenciales del grupo de investigacin de productos naturales
de la Universidad de Crdoba con sede en Montera. El cual ofrece la posibilidad
de realizar las extracciones por los mtodos de destilacin por arrastre con vapor
e hidrodestilacin.
Figura 6. Equipo de hidrodestilacin/ Destilacin por arrastre con vapor (Universidad de Crdoba Montera)
Fuente: Elaborada en la presente investigacin.
3.7.2 Preparacin de la materia prima.
Se seleccion el material vegetal, teniendo en cuenta el aspecto de la
corteza, es decir pomelos que se observaron libres del ataque de
microorganismos, con un estado de maduracin adecuada y buen aspecto
externo, puesto que la calidad del aceite esencial est ligada con la calidad
de la cscara. Por lo que se adquiri la variedad y cantidad necesaria.
53
Se realiz el lavado con agua y jabn de cada lote de pomelos
seleccionados, en recipientes previamente desinfectados, luego se les retiro
el exceso de humedad con un pao limpio y seco.
Se sometieron los pomelos a un proceso de despulpado de forma manual
teniendo en cuenta no hacer demasiada presin sobre las cortezas del
material, evitando el deterioro de las mismas. Al tener las cscaras libres;
las pulpas se refrigeraron conservndolas para su uso en otros procesos y
las cortezas se almacenaron para dar inicio al proceso de raspado.
Las cscaras estaban compuestas por dos partes; el exocarpio y el
mesocarpio, este ltimo se retir en su totalidad logrando despejar las
cavidades oleosas de la corteza del pomelo, donde esta contenido el aceite,
evitando romperlas. De esta forma se retir el exceso de mesocarpio
raspndolo con navajas y cuchillos, obteniendo as lminas delgadas de
exocarpio.
El proceso de cortado se debe realizar dependiendo de la distribucin de
los tamaos correspondientes al diseo experimental planteado. De tal
forma que se sometieron las laminas resultantes a cortes entre 0,6 a 3,4 cm
medidos de forma aproximada. Estos cortes se realizaron para completar
muestras de 1000 gramos para cada tamao, cantidad necesaria para la
realizacin de cada experimento para cada uno de los mtodos, el proceso
se realizo hasta completar 10000 gramos de materia prima para la
realizacin de los experimentos.
Cada 500 gramos de material se empaco en bolsas ziploc y se etiquetaron
con la cantidad y el tamao. Finalmente se llevaron a enfriamiento, para
poder conservarlos.
Las muestras se prepararon obedeciendo al diseo experimental planteado
es decir para un rango de tamaos entre 0,6 a 3,4 cm y para tiempos
comprendidos entre 23 a 66 minutos, la seleccin de tamaos y tiempos fue
apoyada por la bibliografa consultada [32, 12, 23].
54
3.7.3 Extraccin del aceite esencial mediante destilacin por arrastre de vapor.
- Descripcin del equipo de extraccin de aceites esenciales. La extraccin se realiz en un montaje a escala de laboratorio constituido por: el generador de
vapor, la cmara de extraccin, el condensador y el separador de aceite (Ver
ANEXO B).
El generador de vapor: es un caldern en acero inoxidable con una capacidad
mxima de 6L, adems cuenta con una vlvula para llenado de agua y un
linimetro para lograr verificar el nivel del contenedor, posee dos salidas; una para
el vapor que se alimenta a la cmara de extraccin y la otra es una vlvula de
seguridad para liberar vapor en caso de sobrepresin. El flujo de vapor se controla
a travs de tres niveles de calentamiento regulados por medio de un botn de
encendido en alto, medio o bajo. El vapor de arrastre alcanza una temperatura
entre un rango de 100 a 110C.
Figura 7. Generador de vapor para destilacin por arrastre con vapor
Fuente: Elaborada en la presente investigacin.
55
La cmara de extraccin: es un alambique elaborado en acero inoxidable con
una capacidad mxima de 3 Kg de muestra, dispone de una entrada para el
vapor proveniente del generador ubicada en a la parte inferior y dos salidas
laterales; una para conectar el condensador y la otra es una vlvula de seguridad
para operar en forma segura. Cuenta con una malla interna removible para facilitar
la distribucin del vapor a travs del material.
Figura 8. Cmara de extraccin para destilacin por arrastre con vapor
Fuente: Elaborada en la presente investigacin.
El condensador: es un doble tubo liso y recto en acero inoxidable de 89 cm de
longitud, incluyendo las entradas y las salidas el cual trabaja a contracorriente.
Presenta dos entradas una para acoplarlo a la salida de la cmara de extraccin
y la otra para la entrada de agua de enfriamiento as mismo posee dos salidas
una para conectar el recolector de aceite y la otra para el agua de enfriamiento.
56
Figura 9. Condensador para destilacin por arrastre con vapor
Fuente: Elaborada en al presente investigacin.
El recolector de aceite consta de un tubo de 70 cm, sumergido en otro tubo de mayor dimetro en vidrio, lleno de agua destilada que se conecto al condensador.
El cual permite la separacin de aceite.
Figura 10. Recolector de aceite esencial para destilacin por arrastre con vapor
Fuente: Elaborada en la presente investigacin.
57
- Procedimiento utilizado para la extraccin del aceite esencial.
Se energiz el generador de vapor, luego se encendi en el nivel
bajo media hora antes de empezar el experimento con lo cual se
logro mantener el equilibrio de la temperatura para cada operacin.
Los 500 gramos del material picado se depositaron en la cmara de
extraccin sobre la malla que se encuentra dentro del equipo, con la
cual se evit el deterioro del material por quemaduras.
Posteriormente se sell el equipo, evitando el escape de la mezcla
de vapor con aceite esencial arrastrado.
Se conect el condensador a la salida de la cmara de extraccin.
Luego se conecto el recolector de aceite al condensador.
Se procedi a subir el nivel del generador al nivel medio y luego se
contabiliz el tiempo, una vez se observaron las gotas de
condensado de forma continua.
El condensado se recolect en la parte superior del tubo interno, de
tal forma que se logr apreciar la capa de aceite separada del agua.
Al finalizar el tiempo para cada experimento se apag el generador de vapor y se
espero que finalizara el goteo del condensador, logrando finalmente obtener el
aceite contenido en el tubo, a travs de una micropipeta, el aceite se seco con
sulfato de sodio anhidro, se filtr, se almacen en un vial de color mbar
(previamente pesado) y fue llevado a 4C para su mayor conservacin.
58
3.7.4 Extraccin del aceite esencial mediante hidrodestilacin.
- Descripcin del equipo de extraccin de aceites (Ver ANEXO B).
El montaje usado para la extraccin del aceite esencial fue realizado, utilizando:
Estufa HACEB 120V: posee dos resistencias con tres niveles de calentamiento, bajo medio y alto.
Figura 11. Fuente de calentamiento para hidrodestilacion
Fuente: Elaborada en la presente investigacin.
La cmara de extraccin: es un recipiente a presin de acero inoxidable con
capacidad de 3 kg, con dos salidas; una para el condensador y la otra para la
vlvula de seguridad.
59
Figura 12. Cmara de extraccin para hidrodestilacin
Fuente: Elaborada en la presente investigacin.
El condensador: es un doble tubo recto y liso en acero inoxidable, con dos entradas una para el vapor que contiene el aceite esencial y la correspondiente al
agua de enfriamiento y dos salidas, una para el agua de enfriamiento que se dirige
al desage y la otra al recipiente recolector de aceite esencial.
Figura 13. Condensador para hidrodestilacin
Fuente: Elaborada en la presente investigacin.
60
El recolector de aceite: consta de un tubo de 70 cm, sumergido en otro tubo de mayor dimetro en vidrio.
Figura 14. Recolector de aceite esencial para hidrodestilacin
Fuente: Elaborada en la presente investigacin.
- Procedimiento utilizado para la extraccin del aceite esencial. Los 500 gramos de cscara de pomelo fueron cargados directamente en la
cmara de extraccin.
Se midieron 3 litros de agua destilada y se adicionaron en la cmara de
extraccin, de tal forma que qued totalmente sumergida la materia prima.
Con esta cantidad se garantiz compensar las prdidas producidas por el
vapor que se condensa evitando el deterioro del material vegetal.
Se procedi a sellar la cmara de extraccin colocndole el empaque para
evitar escapes de vapor con aceite esencial arrastrado.
Se verificaron las conexiones de entrada y salida del condensador y se en
ensambl a la cmara de extraccin.
Finalmente se conect el recolector de aceite.
61
Se encendi la estufa en el nivel alto, el equipo se calent hasta que
alcanz una temperatura entre los 100 a 110C, se verific que la entrada
del condensador estuviese caliente y se aumento el flujo de agua.
Garantizando la condensacin evitando prdidas de agua.
Cuando se obtuvieron las primeras gotas de condensado se contabiliz el
tiempo.
Al finalizar el tiempo para cada experimento se apag el generador de vapor y se
esper que finalizara el goteo del condensador, logrando finalmente obtener el
aceite contenido en el tubo, a travs de una micropipeta, el aceite se sec con
sulfato de sodio anhidro, se filtr, se almacen en un vial de color mbar
(previamente pesado) y fue llevado a 4C para su mayor conservacin.
3.7.5 Determinacin del rendimiento de la extraccin. El rendimiento de la
extraccin del aceite esencial de la cscara de pomelo se obtuvo por medio de la
ecuacin:
% = 100 (1)
%R= Porcentaje de rendimiento de la extraccin
Pp = Peso de producto (g)
Pm = Peso de materia prima (g)
3.7.6 Optimizacin del rendimiento del aceite esencial de la cscara de pomelo (Citrus maxima). El anlisis y la optimizacin de los datos del rendimiento de la extraccin, se realiz, para cada uno de los mtodos
seleccionados, mediante el software Statgraphics Centurion XV.
62
4. RESULTADOS Y ANLISIS
4.1 OBTENCIN DEL EXTRACTO DE LA CSCARA DE POMELO, MEDIANTE UN MTODO CONVENCIONAL (SOXHLET) (Ver ANEXO C.1)
Para confirmar la hiptesis de presencia de aceite esencial en la cscara de
pomelo (Citrus maxima), se procedi a realizar una extraccin con una mtodo
convencional que para ste estudio fue el mtodo Soxhlet.
Tabla 11. Propiedades fsicas del extracto
Nombre Valor
Peso del extracto (aceite + disolvente) 1,279 g
Volumen de extracto 1,68 ml
Densidad del extracto 0,761 g/ml
Rendimiento de la extraccin 6,323 %
Fuente: Elaborada en la presente investigacin.
En la Tabla 11, se observa las propiedades fsicas que se obtuvo del aceite
extrado, cuya densidad es ms baja que la del agua, esto debido a la presencia
de disolvente (hexano) y present un rendimiento apreciable.
63
4.2 Anlisis estadstico del rendimiento en la extraccin del aceite esencial de la cscara de pomelo mediante destilacin por arrastre con vapor e hidrodestilacin.
Estos clculos se realizaron apoyados del paquete estadstico Statgraphics
Centurion XV utilizando una optimizacin estadstica a partir de una superficie de
respuesta. Este diseo experimental se realiz con aleatorizacin de los ensayos
para evitar sesgos de seleccin (distorsin en el anlisis estadstico).
4.2.1 Destilacin por arrastre con vapor de agua. La matriz del diseo experimental con los resultados para la variable de respuesta evaluada
para el mtodo de destilacin por arrastre con vapor se presenta en la
Tabla 12.
Tabla 12. Rendimiento de la extraccin del aceite esencial de pomelo (C. maxima) mediante destilacin por arrastre con vapor de agua
Experimento Tamao de
partcula (cm) Tiempo de
extraccin (min) Rendimiento (%) 1 1,0 30,0 0,1408 2 3,0 30,0 0,0745 3 3,0 60,0 0,1063 4 3,4 45,0 0,0579 5 0,6 45,0 0,1153 6 1,0 60,0 0,1819 7 2,0 45,0 0,0613 8 2,0 23,8 0,0622 9 2,0 45,0 0,1049
10 2,0 66,0 0,0645 Fuente: Elaborada en la presente investigacin.
64
Tabla 13. Efectos estimados para Rendimiento^7,0*
Efecto Estimado V.I.F. promedio 7,152E-8 A:Tamao -1,975E-6 1,000 B:Tiempo 1,408E-6 1,000
AA 1,011E-6 1,225 AB -2,680E-6 1,000 BB 8,790E-7 1,225
Fuente: Statgraphic Centurion XV - 2005. *modelo ajustado exponente a la 7.
Los errores estndar estn basados en el error total con cuatro grados de
libertad. Para ste modelo de ajuste se obtuvo, para todos los efectos que
el error estndar es igual a cero.
La Tabla 13. Muestra las estimaciones para cada uno de los efectos y las
interacciones. Tambin se detalla el error estndar de cada uno de estos
efectos, el cual mide su error de muestreo y el factor de inflacin de
varianza (V.I.F.), siendo ste ltimo la manera ms sencilla y directa de
diagnosticar la multicolinealidad y linealidad, requisitos que deben cumplirse
para que la regresin sea independiente y as lograr medir el deterioro
producido por la falta de independencia.
Si las variables explicativas no son redundantes, entonces el VIF es igual a
la unidad. Valores del VIF mayores que 4 sugieren la existencia de
multicolinealidad y valores mayores a 10 indican la existencia de
molticolinealidad grave [30].
65
Figura 15. Diagrama de Pareto para Rendimiento^7,0*
Fuente: Statgraphic Centurion XV - 2005. *modelo ajustado exponente a la 7.
El diagrama de Pareto mostrado en la Figura 15. Es una representacin
grafica del anlisis de varianza donde igualmente se observan los factores
ms influyentes, en su respectivo orden sobre el proceso de extraccin del
aceite esencial mediante arrastre con vapor de agua.
Los efectos de color azul (-) son inversamente proporcionales a la variable
de respuesta (% Rendimiento), mientras que los de color gris (+) son
efectos directamente proporcionales a la variable de respuesta. Del
diagrama se observa que los factores ms influyentes sobre el proceso son,
en su orden, las interacciones de tamao tiempo, tamao, tiempo. Esto
indica que un cambio en la interaccin de tamao tiempo tendr un efecto
ms relevante que cualquier otro cambio de otra variable, por lo tanto la
interaccin tamao-tiempo es la de mayor importancia en el control del
proceso.
0 0,5 1 1,5 2 2,5 3(X 0,000001)Efecto
BB
AA
B:Tiempo
A:Tamao
AB +-
66
El comportamiento que se muestra en la Figura 15, se da por la incidencia
que tiene el tamao y el tiempo en los procesos de destilacin, debido a la
difusin del vapor de agua en el lecho del material utilizado. El tiempo de
residencia es un factor importante para favorecer un mayor contacto entre
el vapor y las cavidades oleosas del material vegetal facilitando as el
arrastre de este aceite con el vapor de agua.
Por lo que el diagrama de Pareto permite determinar que el efecto principal
del proceso es aquel que se obtiene de la relacin tamao-tiempo por lo
que se ha demostrado que el proceso de extraccin requiere el tiempo
necesario para que se lleven a cabo los fenmenos de exudacin
vaporizacin instantnea y el de difusin del aceite al exterior del equipo. Lo
cual depender del corte que se haga al material y el tiempo de exposicin
a la corriente de vapor.
Tabla 14. Anlisis de Varianza para Rendimiento^7,0*
Fuente Suma de Cuadrados GL Cuadrado Medio A:Tamao 7,801E-12 1 7,801E-12 B:Tiempo 3,968E-12 1 3,968E-12
AA 1,169E-12 1 1,169E-12 AB 7,160E-12 1 7,160E-12 BB 8,830E-13 1 8,830E-13
Error total 0,0 4 0,0 Total (corr.) 3,788E-11 9 -
Fuente: Statgraphic Centurion XV - 2005. *modelo ajustado exponente a la 7
R-cuadrada = 100,0 porciento
R-cuadrada (ajustada por g.l.) = 100,0 porciento
Error estndar del est. = 0,0
Error absoluto medio = 9,737E-7
67
El ANOVA (Tabla 14) particiona la variabilidad de Rendimiento^7,0 en
piezas separadas para cada uno de los efectos. Entonces prueba la
significancia estadstica de cada efecto comparando su cuadrado medio
contra un estimado del error experimental.
El parmetro estadstico R-Cuadrado indica que el modelo, as ajustado,
explica 100,0% de la variabilidad en Rendimiento^7,0. El parmetro
estadstico R-cuadrado ajustado, que es ms adecuado para comparar
modelos con diferente nmero de variables independientes, es 100,0%. El
error estndar del estimado muestra que la desviacin estndar de los
residuos es 0,0. El error medio absoluto (MAE) de 9,737E-7 es el valor
promedio de los residuos.
Figura 16. Grafica de efectos principales para Rendimiento^7,0*
Fuente: Statgraphic Centurion XV - 2005. *modelo ajustado exponente a la 7
El efecto particular de cada una de las variables de entrada sobre la
variable de respuesta se observa con mayor claridad en la Figura 16. Las
representaciones de los efectos del tamao y tiempo presentan pendientes
que explican la gran significancia de estos para el proceso y la sensibilidad
1,0Tiempo
60,0-5
-1
3
7
11
15
19(X 1,E-7)
Ren
dim
ient
o^7,
0
Tamao3,0 30,0
68
de la variable de respuesta a estos factores tal como se observ en el
diagrama de Pareto (Figura 15).
El tamao es la variable que presenta menor pendiente; esto indica que un
pequeo cambio en el valor representa un gran aumento o disminucin en
la obtencin del aceite esencial de la cscara de pomelo (C. maxima). El
efecto del tiempo tambin presenta una pendiente significativa, pero menos
pronunciada que la pendiente del tamao, por lo tanto es de menor
importancia.
Se observa que para cortos periodos de tiempo el comportamiento del
rendimiento presenta una tendencia lineal, al igual que se evidencia en la
relacin tamao rendimiento. Se aprecia que para variaciones pequeas de
tamao el rendimiento igual adquiere un comportamiento lineal.
Los efectos principales estn determinados por los fenmenos de
transferencia de masa que rigen los procesos de extraccin del aceite
esencial, ya que al reducir el tamao de partcula favorece la exposicin de
las tricomas del material vegetal de presentndose los fenmenos de forma
inmediata sin necesidad de romper las barreras que impiden que estos se
den. En esta operacin se presentan los procesos de vaporizacin
instantnea del aceite esencial, la exudacin y el proceso de difusin desde
el seno del aceite hasta el vapor.
El transporte del aceite a la parte superficial del material vegetal, es el
fenmeno que se conoce como exudacin, luego se presenta una
evaporacin del aceite en la interfase de la pelcula, formada en la
superficie del material vegetal y el vapor circundante, lo cual se conoce
como vaporizacin instantnea, de igual forma el aceite vaporizado se
transfiere del seno de la corriente de vapor al exterior del equipo, fenmeno
que se lleva a cabo debido a la conveccin que ejerce el vapor sobre el
lecho [4].
69
Tabla 15. Coeficiente de regresin para Rendimiento^7,0*
Coeficiente Estimado Constante -2,115E-6 A:Tamao 1,003E-6 B:Tiempo 4,954E-8
AA 5,056E-7 AB -8,919E-8 BB 1,953E-9
Fuente: Statgraphic Centurion XV - 2005. *modelo ajustado exponente a la 7
La Tabla 15, presenta los valores de los parmetros con el modelo ajustado. La ecuacin del modelo ajustado es:
() = , + , + , + , , + ,
Donde: Z= Rendimiento
X=Tamao
Y=Tiempo
Se eligi este modelo para ajustar los datos del proceso debido a la poca
desviacin que presenta respecto a los resultados obtenidos. Lo cual est
de acuerdo con el coeficiente de correlacin que fue de 1. Al elegir ste
modelo se busc que los datos experimentales se ajustaran lo mejor posible
de tal forma que se lograra la obtencin de las condiciones ptimas del
proceso. Debido a que con el modelo de primer orden no se observ un
ajuste adecuado, fue necesario adicionar ms parmetros; los cuales
minimizaron las desviaciones y favorecieron un ajuste adecuado de los
datos.
70
Los valores de las variables estn especificados en sus unidades originales.
Tabla 16. Resultados Estimados para Rendimiento^7,0*
Observados Ajustados Inferior 95,0% Superior 95,0% Fila Valores Valores para Media para Media 1 1,097E-6 -3,794E-8 -3,794E-8 -3,794E-8 2 1,274E-8 6,628E-7 6,628E-7 6,628E-7 3 1,534E-7 -6,044E-7 -6,044E-7 -6,044E-7 4 2,181E-9 -3,136E-7 -3,136E-7 -3,136E-7 5 2,708E-7 2,480E-6 2,480E-6 2,480E-6 6 6,589E-6 4,046E-6 4,046E-6 4,046E-6 7 3,252E-9 7,151E-8 7,151E-8 7,151E-8 8 3,602E-9 -4,550E-8 -4,550E-8 -4,550E-8 9 1,398E-7 7,151E-8 7,151E-8 7,151E-8
10 4,644E-9 1,946E-6 1,946E-6 1,946E-6 Fuente: Statgraphic Centurion XV - 2005. *modelo ajustado exponente a la 7
Esta tabla contiene informacin acerca de los valores de Rendimiento^7,0
generados usando